III: Small: Reconstructing viral population without using a reference genome
III:小:不使用参考基因组重建病毒群体
基本信息
- 批准号:1724008
- 负责人:
- 金额:$ 42.82万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-07-01 至 2021-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Next-generation sequencing (NGS), which allows sampling millions of short DNA sequences from a genome, has revolutionized the field of genomics. One area of particular importance is the reconstruction of genomes (haplotypes) from a viral population, which is a fundamental problem in virology, evolutionary biology, and human health. Though there have been several methods developed to take advantage of NGS data, those are limited to populations for which a reference genome is available. This excludes many important cases, such as RNA viruses or certain HIV/HCV viral populations. In such situations, the haplotypes are sufficiently divergent as to render the reference meaningless. Moreover, most algorithms are not robust in the presence of recombination, which is a common occurrence in many viral populations. The achievement of this project's aims will allow for the full potential of NGS data to be realized in the field of virology. In particular, it will help to propel the understanding of viral population dynamics and give biologists powerful tools to understand disease progression and enable novel treatment and prevention strategies. The algorithms and software developed will be made freely available for use through software sharing platforms like GitHub or Galaxy. The PIs will offer a strong educational component including (a) graduate and undergraduate classes that use the output of the proposed research, and (b) development of a seminar series. The PIs will (a) train future generations of scientists and engineers to enhance and use bioinformatic/genomic cyber resources; (b) facilitate creative, cyber-enabled boundary-crossing collaborations, including those with industry and international dimensions, to advance the frontiers of science and engineering and broaden participation in STEM fields.This project?s aim is to develop probabilistic De Bruijn graphs and network flow on such graphs for the reconstruction of viral population when a reference is not available. Given NGS data, the algorithms should determine the number, sequences, and relative frequencies of the haplotypes. This project's proposed algorithms are based on a unique combination of established techniques (e.g. maximum likelihood, expectation-maximization, clustering, Lander Waterman statistics) with novel propositions for probabilistic De Bruijn graphs, machine learning, and network flows that are of interest in other applications. The PI and Co-PIs have complementary backgrounds in virology, machine learning, network flow, and genome reconstruction problems.
新一代测序 (NGS) 能够从基因组中采样数百万条短 DNA 序列,彻底改变了基因组学领域。其中一个特别重要的领域是从病毒群体中重建基因组(单倍型),这是病毒学、进化生物学和人类健康中的一个基本问题。尽管已经开发出多种利用 NGS 数据的方法,但这些方法仅限于可获得参考基因组的人群。这排除了许多重要的病例,例如 RNA 病毒或某些 HIV/HCV 病毒群体。在这种情况下,单倍型差异很大,以致于参考毫无意义。此外,大多数算法在重组的情况下并不稳健,重组在许多病毒群体中很常见。该项目目标的实现将使 NGS 数据在病毒学领域的潜力得到充分发挥。特别是,它将有助于推动对病毒种群动态的理解,并为生物学家提供强大的工具来了解疾病进展并实现新的治疗和预防策略。 开发的算法和软件将通过 GitHub 或 Galaxy 等软件共享平台免费提供。 PI 将提供强大的教育内容,包括(a)使用拟议研究成果的研究生和本科生课程,以及(b)开发一系列研讨会。 PI 将 (a) 培训下一代科学家和工程师,以增强和使用生物信息/基因组网络资源; (b) 促进创造性的、基于网络的跨界合作,包括具有行业和国际层面的合作,以推进科学和工程的前沿并扩大 STEM 领域的参与。该项目的目标是开发概率 De Bruijn 图和当参考不可用时,此类图上的网络流用于重建病毒种群。给定 NGS 数据,算法应确定单倍型的数量、序列和相对频率。 该项目提出的算法基于现有技术(例如最大似然、期望最大化、聚类、Lander Waterman 统计)与其他应用中感兴趣的概率 De Bruijn 图、机器学习和网络流的新颖命题的独特组合。 PI 和 Co-PI 在病毒学、机器学习、网络流和基因组重建问题方面具有互补的背景。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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